{"id":1834,"date":"-0001-11-30T00:00:00","date_gmt":"-0001-11-29T23:10:04","guid":{"rendered":""},"modified":"-0001-11-30T00:00:00","modified_gmt":"-0001-11-29T22:00:00","slug":"1834","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/1834\/","title":{"rendered":"Da cosa sono costituite le immagini che percepiamo attraverso la vista? \r\nGrazie a quale mezzo ci giungono (aria, campi magnetici..)?"},"content":{"rendered":"

La vista \u00e8 forse il senso pi\u00f9 importante attraverso
\n il quale l’uomo ha contatti con il mondo esterno. Proprio
\n per questo sin dall’antichit\u00e0<\/a>
\n in molti si sono interrogati in merito.
\n Oggi sappiamo che cosa \u00e8 la luce (anche se ci sono
\n ancora molte cose da capire) e come ci permetta di vedere
\n il mondo che ci circonda. <\/p>\n

\n <\/div>\n

La luce \u00e8 un’onda elettromagnetica, come le onde
\n radio o i raggi X (che per\u00f2 hanno un
\n diverso modo di interagire<\/a> con la materia e perci\u00f2
\n ci sembrano cosi’ diversi dalla luce). Tutti i tipi di
\n onde elettromagnetiche (quindi anche la luce) sono
\n costituiti da un campo elettrico ed un campo
\n magnetico non costanti nel tempo, ma variabili; ci\u00f2 che
\n distingue fra di loro i vari tipi di onde
\n elettromagnetiche \u00e8 proprio la velocit\u00e0 con cui questi
\n campi elettrico e magnetico variano nel tempo; anche ci\u00f2
\n che distingue i vari colori fra loro \u00e8 questa velocit\u00e0
\n di variazione, o pi\u00f9 correttamente
\n “frequenza”. <\/p>\n

\n <\/div>\n

La luce non ha bisogno di nessun mezzo per propagarsi:
\n i campi elettrici e magnetici che la compongono possono
\n “esistere” sia nel vuoto che in tutti i
\n materiali. A “propagarsi<\/a>”
\n sono i campi elettrici e magnetici, che viaggiano alla
\n “velocit\u00e0 della luce”. Il fatto che l’aria ed
\n il vetro ci appaiano trasparenti (cio\u00e8 permettono alla
\n luce di propagarsi quasi indisturbata) mentre il ferro ci
\n appare opaco \u00e8 dovuto alle differenti propriet\u00e0
\n elettriche e magnetiche di questi diversi materiali, che
\n possono permettere o no, il “passaggio” dei
\n campi elettrici e magnetici di una certa frequenza. Il vuoto<\/a>, non avendo quasi nessuna
\n propriet\u00e0 elettromagnetica, ci appare
\n “trasparente”. <\/p>\n

\n <\/div>\n

La luce viene prodotta da una sorgente (per esempio il
\n sole) si propaga nel vuoto o nei mezzi trasparenti che
\n incontra fino a giungere ad un oggetto sul quale in parte
\n “rimbalza” in parte viene assorbita. Sono
\n sempre le proprieta’ elettriche e magnetiche del
\n materiale a “decidere” quale parte venga
\n assorbita e quale parte riflessa, e quindi a stabilire il
\n colore dell’oggetto. <\/p>\n

\n <\/div>\n

La luce, proveniente dall’oggetto, giunge al nostro
\n occhio, entrando attraverso la pupilla e, grazie alla
\n cornea ed al cristallino (che sono delle vere e proprie
\n lenti) arriva ad “illuminare” il fondo
\n dell’occhio: la retina. Nelle cellule che la compongono
\n avvengono delle reazioni chimiche che a loro volta
\n causano delle piccole scariche elettriche che si
\n propagano attraverso il nervo ottico ed arrivano fino al
\n cervello, dove vengono elaborate e trasformate in quella
\n costruzione mentale che noi chiamiamo “immagini
\n visibili”. <\/p>\n

\n <\/div>\n

\n

\n <\/div>\n

PER SAPERNE
\n DI PIU’.<\/b><\/font>
\n <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Perch\u00e9 le onde
\n elettromagnetiche di frequenze diverse, pur avendo
\n pressapoco le stesse propriet\u00e0 fisiche si comportano in
\n modo cos\u00ec diverso nell’interazione con la materia? Per
\n esempio perche\u00e9 un’onda radio pu\u00f2 essere rivelata da
\n un’antenna mentre un raggio di luce od un raggio X no? E
\n in che modo le propriet\u00e0 di un oggetto interagiscono con
\n il campo elettromagnetico di un’onda che le illumina
\n determinandone il “colore”?<\/b><\/font> <\/b>
\n <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Onde elettromagnetiche di frequenza diversa, sebbene
\n non mostrino (entro certi limiti) differenti propriet\u00e0
\n fisiche nel vuoto, manifestano interazioni con la materia
\n profondamente diverse, tanto che vengono spesso chiamate
\n con nomi diversi (onde radio, infrarossi, luce,
\n ultravioletti, raggi X, raggi gamma). Il motivo di questa
\n “stranezza” \u00e8 da ricercarsi nell’interazione
\n che il campo elettromagnetico ha con la materia.
\n Quest’ultima, infatti, \u00e8 costituita da nuclei ed
\n elettroni, entrambe “particelle” cariche, e
\n pertanto in grado di “sentire” una forza, se
\n immersi in un campo elettrico e\/o magnetico (come il
\n ferro vicino ad una calamita). Quando i campi elettrici e
\n magnetici sono variabili nel tempo, anche la forza che
\n agisce sui costituenti della materia sar\u00e0
\n variabile. <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Consideriamo per un momento un’altalena, alla quale
\n applichiamo una forza variabile nel tempo, prima
\n spingendola, poi tirandola. Se la frequenza con la quale
\n noi “forziamo” il moto dell’altalena \u00e8 quella
\n giusta (o quasi), cio\u00e8 \u00e8 la frequenza
\n “naturale” dell’altalena (quella che essa
\n avrebbe se lasciata oscillare liberamente) allora
\n riusciremo facilmente a farla muovere, anche di molto e
\n con poco sforzo: \u00e8 il fenomeno della risonanza. Se
\n invece la spingeremo e la tireremo molto lentamente (per
\n esempio spingendola e tirandola una volta ogni ora) o
\n molto velocemente (per esempio spingendola e tirandola
\n dieci volte al secondo) l’effetto che otterremo sar\u00e0
\n molto piccolo, anche con tutti i nostri sforzi. <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

In un modo simile le forze che agiscono sui
\n costituenti della materia a causa di un campo
\n elettromagnetico variabile (cio\u00e8 di un’onda
\n elettromagnetica) possono o meno metterli in movimento.
\n Nel nostro caso sono perlopiu’ gli elettroni che vengono
\n messi in movimento, soprattutto per la loro massa piu’
\n piccola di almeno 2000 volte rispetto ad un nucleo:
\n provate a spostare un chilo o 2000 chili! Se gli
\n elettroni vengono messi in moto l’energia contenuta
\n nell’onda viene assorbita dal materiale e perci\u00f2
\n l’intensit\u00e0 dei campi diminuisce notevolmente, ed il
\n materiale appare opaco per la “luce” di quella
\n frequenza. <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

E’ chiaro, quindi, che un’antenna pu\u00f2 funzionare solo
\n per frequenze che siano in grado di mettere in moto gli
\n elettroni del metallo di cui \u00e8 fatta, in modo da
\n trasformare l’onda radio in una (debolissima) corrente,
\n che pu\u00f2 poi essere amplificata e rivelata
\n dall’apparecchio radio o TV. <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Ed \u00e8 anche chiaro qual \u00e8 il meccanismo di formazione
\n del colore di materiali trasparenti, come un vetro
\n colorato: la luce di alcune frequenze viene assorbita,
\n mentre la luce di altre frequenze riesce ad attraversare
\n il materiale indisturbata (la luce bianca \u00e8 costituita
\n dalla somma di radiazioni elettromagnetiche di frequenze
\n corrispondenti a tutti i colori). <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Per una descrizione pi\u00f9 accurata bisogna invece
\n considerare gli effetti quantistici dovuti al fatto che
\n non pu\u00f2 esistere un'”onda elettromagnetica”
\n con un’energia arbitraria, ma solo valori interi multipli
\n di una quantita’ (piccolissima) nota come il “quanto
\n d’energia” (e che varia con la frequenza,
\n contribuendo a differenzia l’interazione di onde di
\n frequenza diversa con la materia)
\n <\/a>
\n <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Perch\u00e9 i campi elettrico e
\n magnetico si propagano nello spazio come un’onda? La
\n frequenza del campo elettrico e del campo magnetico \u00e8 la
\n stessa? E’ possibile un’onda costituita di un <\/b><\/font>solo<\/i><\/b><\/font> campo (elettrico o magnetico che
\n sia)?<\/b><\/font> <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

I campi elettrici e magnetici rispettano alcune
\n equazioni, che descrivono il loro comportamento: le
\n equazioni di Maxwell. Queste equazioni prevedono che
\n quando ci sia un campo elettrico variabile si generi un
\n campo magnetico (proporzionale alla derivata rispetto al
\n tempo del campo elettrico) e viceversa: quando c’\u00e8 un
\n campo magnetico variabile si genera un campo elettrico
\n (proporzionale alla derivata del campo magnetico). Questo
\n fenomeno \u00e8 molto comune: ogni qualvolta utilizziamo un
\n apparecchio elettrico, come un motore oppure un
\n elettromagnete, stiamo sfruttando questo fatto.
\n L’elettromagnete \u00e8 semplicemente un filo percorso da
\n corrente elettrica (e avvolto attorno ad un pezzo di
\n materiale “magnetico” per aumentarne parecchio
\n l’effetto). La corrente \u00e8 costituita da elettroni in
\n movimento, cio\u00e8 (poich\u00e9 ogni elettrone ha il suo campo
\n elettrico associato) da campi elettrici in movimento.
\n Tale particolare tipo di “variabilit\u00e0” del
\n campo elettrico genera un campo magnetico costante. Il
\n motore elettrico \u00e8 un dispositivo che sfrutta le forze
\n fra dei campi magnetici cos\u00ec generati (simili a quelle
\n fra due calamite). Una dinamo, invece, sfrutta il
\n fenomeno opposto: un campo magnetico variabile (dovuto al
\n moto dei magneti che costituisco la dinamo) causa un
\n campo elettrico che mette in moto gli elettroni di un
\n filo conduttore interno alla dinamo, generando corrente
\n elettrica. <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Si pu\u00f2 dire che il motivo per cui un’onda
\n elettromagnetica si propaga nello spazio \u00e8 lo stesso per
\n cui un motore gira: un campo elettrico variabile (come
\n degli elettroni che si muovono in un certo modo in un
\n metallo), genera un campo magnetico, e se questo \u00e8
\n variabile, genera a sua volta un campo elettrico, e cos\u00ec
\n via. Il motivo che distingue il comportamento di un
\n motore da quello di un’antenna trasmittente \u00e8 il modo<\/i>
\n in cui gli elettroni si muovono nel metallo
\n “sorgente”: in un motore il moto (generalmente)
\n \u00e8 costante, in un’antenna il moto \u00e8 sinusoidale. <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Perci\u00f2 i campi elettrici generati in questo caso sono
\n rispettivamente lineare e sinuisodale. I campi magnetici
\n “generati”, allora saranno rispettivamente
\n costante (e quindi non si genereranno pi\u00f9 altri campi
\n elettrici) e cosinuisoidale (e quindi generer\u00e0 un campo
\n elettrico sinuisodale). Poich\u00e9 il campo magnetico
\n generato da un elettromagnete \u00e8 costante, non si genera
\n alcun successivo campo elettrico, cio\u00e8 nessuna onda.
\n Invece le derivate successive di sinuisoidi sono
\n sinuisoidi anch’esse, e perci\u00f2 il fenomeno si ripete
\n all’infinito, trasportando una frazione dell’energia
\n iniziale (corrente elettrica nell’antenna) potenzialmente
\n a qualsiasi distanza. <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Non \u00e8 possibile la propagazione di un campo solo
\n (magnetico o elettrico) perch\u00e9 il suo
\n “movimento” implica che non sia costante (in
\n ogni punto) e pertanto genera un campo dell’altro tipo.
\n Pi\u00f9 esattamente la derivata temporale di un campo \u00e8
\n proporzionale alla derivata spaziale dell’altro (e non al
\n campo stesso, come ho scritto prima con soli scopi
\n didattici). La soluzione di questa equazione
\n differenziale permette di calcolare come avviene la
\n propagazione. Quello che si ottiene \u00e8 una propagazione
\n “rigida”, cio\u00e8 l’onda avanza nello spazio
\n vuoto mantenendo la sua forma.
\n <\/a> <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Il vuoto che proprieta’
\n elettromagnetiche ha?<\/b><\/font> <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Uno degli aspetti piu’ sorprendenti della meccanica
\n quantistica e’ quello di prevedere che il vuoto piu’
\n spinto immaginabile (cioe’ quello costituito dall’assenza
\n di qualsiasi particella o campo osservabili) non e’
\n affatto vuoto! <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Questo apparente paradosso e’ dovuto al fatto che il
\n principio di indeterminazione non permette di
\n “sapere” con assoluta certezza lo stato di un
\n sistema: esistono delle proprieta’
\n “incompatibili”; per esempio non
\n “esiste” un valore esatto dell’energia di un
\n sistema, se questo non viene osservato per un tempo
\n sufficentemente lungo. <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Cosi’ il vuoto viene ad essere “popolato” da
\n particelle e campi che hanno una energia compatibile con
\n il loro “tempo di vita”. Si potrebbe dire che
\n appaiono dal nulla e nel nulla scompaiono. Naturalmente
\n nessuno le ha mai osservate, e nemmeno mai potra’ farlo,
\n perche’ la teoria prevede che una misura sufficentemente
\n precisa da rivelarle non possa essere compiuta in un
\n tempo cosi’ breve quale e’ quello della loro esistenza.
\n Si puo’ proprio dire che “esistono perche’ non
\n possono essere viste”. <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n

Pero’ la loro “esistenza” da’ al vuoto
\n alcune particolari caratteristiche e proprio
\n “l’interazione con il vuoto” ha permesso delle
\n misure (sull’atomo di idrogeno) che sono fra le piu’
\n precise mai realizzate in qualunque campo della
\n scienza. <\/a><\/p>\n

\n <\/a><\/div>\n


\n Nell’antichit\u00e0<\/font>
\n <\/a><\/p>\n

\n Fra i filosofi antichi che hanno formulato ipotesi
\n sulla visione una delle piu’ strane, per noi che la
\n studiamo oggi con il senno di poi, e’ quella di Platone,
\n che credeva che la luce fosse una sostanza prodotta
\n dall’occhio! Piu’ scientifica la posizione di Galileo
\n Galilei, che prova a misurare la velocita’ di
\n propagazione della luce, ma, visti i mezzi a sua
\n disposizione (due torcie copribili con dei panni opachi)
\n riesce solo a concludere che la luce si propaga a
\n grandissima velocita’, forse infinita. Newton fa
\n un’ipotesi sulla natura della luce: propone la natura
\n corpuscolare, ipotesi che in seguito al successo della
\n teoria “ondulatoria” viene abbandonata, ma
\n resuscita nei primi decenni di questo secolo con una
\n interpretazione diversa: la meccanica quantistica, in cui
\n la natura corpuscolare e’ “complementare” a
\n quella ondulatoria. <\/a><\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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